一种增减材复合制造机床的制作方法
【专利摘要】本发明属于机床设计领域，涉及一种增减材复合制造机床。该增减材复合制造机床包含床身、工作台、主轴、数控系统、减材加工模块和增材制造模块。本发明公开的一种增减材复合制造机床首先通过数控系统控制增材制造模块在工作台上成形所需零部件基础结构，而后通过数控系统控制减材加工模块对增材制造获得的基础结构进行减材加工，并在减材加工过程中具有对刀具施加超声振动和气体冷却功能，最终完成整个增/减材增减材复合制造过程。该发明公开的一种增减材复合制造机床可以实现零部件的高效、精密增减材复合制造，提高复杂零部件的可制造性，缩短生产周期，保证复杂零部件制造精度。
【专利说明】一种增减材复合制造机床
【技术领域】
[0001]本发明属于机床设计领域，涉及一种增减材复合制造机床。
【背景技术】
[0002]随着航空航天、核能源、海洋工程制造业对精密复杂零部件的需求日益迫切，传统减材制造，如车削、铣削、刨削、钻削和磨削等减材加工机床已经无法实现复杂零部件的制造要求。目前兴起的增材制造技术，由于其具有灵活、高效、节能等特点虽然已经用于复杂零部件的制造，但增材制造设备成型的复杂零部件精度远低于实际要求，在成型后需要在减材加工机床上进行二次加工，导致加工效率低下、定位基准发生变化，延长了零部件的生产周期，影响复杂零部件的最终精度质量，易造成零部件无法使用或导致零部件结构需重新设计等问题；此外，减材加工对于零部件有可加工性要求，复杂零部件的加工往往比较困难，甚至不可能；这些都限制了增材制造在航空航天、核能源、海洋工程领域的发展与应用，这就是现有技术所存在的不足之处。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是为了解决目前精密复杂零部件加工过程所带来的问题，提供一种增减材复合制造机床，使增材加工和减材加工稱合到同一台机床，该机床进行复杂零部件的增材与减材制造，在不改变定位基准的条件下，使用同一台机床进行增材与减材加工制造，两者交互进行，并在减材加工过程中对刀具施加超声振动以及气体冷却，提高加工效率和零部件的精度与表面质量，最终实现精密零部件的高效、精密增减材一体化复合制造。
[0004]本发明采用的技术方案如下:
[0005]—种增减材复合制造机床，该增减材复合制造机床包含床身、工作台、主轴、数控系统、减材加工模块和增材制造模块；工作台位于所述床身中间，主轴位于所述工作台正上方，减材加工模块和增材制造模块分别位于床身两侧，与所述数控系统连接；
[0006]所述的减材加工模块包括刀库和刀具夹持与超声振动机构，与数控系统连接；通过数控系统控制刀具夹持与超声振动机构，实现从刀库自动取/放刀具为主轴自动安装/卸载刀具；
[0007]所述的增材制造模块包括激光头、喷嘴、激光头夹持机构、光纤、送粉器、激光器和冷却气体喷嘴，所述的喷嘴为同轴送粉喷嘴；送粉器连接到激光头，激光头再通过光纤与激光器连接，激光器和送粉器与所述数控系统连接；喷嘴安装在所述激光头上，激光头夹持机构安装在床身一侧，与数控系统连接，冷却气体喷嘴安装在所述床身上，通过冷却气对加工过程进行冷却；所述激光头通过数控系统控制激光头夹持机构，实现在主轴上自动安装/卸载。
[0008]与现有技术相比，本发明提出的一种增减材复合制造机床具有以下优点:
[0009]所述的一种增减材复合制造机床，通过减材加工和增材制造模块的增减材复合，可以最大程度地保证零部件一次完成复杂增材制造和精密减材加工成型。
[0010]本发明所述的一种增减材复合制造机床，可以在一次定位条件下，实现精密零部件的高效、精密增减材一体化复合制造，可以缩短生产周期，保证复杂零部件制造精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0011 ] 附图是本发明的一种增减材复合制造机床示意图。
[0012]图中:1床身；2工作台；3主轴；4刀库；5刀具夹持与超声振动机构；6激光头；7喷嘴；8激光头夹持机构；9光纤；10送粉器；11激光器；12数控系统；13冷却气体喷嘴。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图对本发明进行举实例详细说明，实施例:
[0014]—种增减材复合制造机床包含床身1、工作台2、主轴3、减材加工模块、增材制造模块和数控系统12，其中减材加工模块包括刀库4、刀具夹持与超声振动机构5 ;增材制造模块包括激光头6、喷嘴7、激光头夹持机构8、光纤9、送粉器10、激光器11和冷却气体喷嘴13。所述工作台2位于所述床身I中间，通过两根分别可绕X轴和Z轴旋转的旋转轴与床身相连，进而可以沿X轴和Z轴旋转；所述主轴3通过两根轴线方向与所述Z轴方向平行的直线导轨实现在水平滑台的定位支撑，并且可沿Z轴方向升降；所述水平滑台通过三根轴线方向与所述X轴方向平行的直线导轨实现在机床立柱Z轴方向的定位支撑，并且可沿X轴方向作直线运动；所述机床立柱通过两根轴线方向与所述Y轴方向平行的直线导轨实现在所述床身的定位支撑，并且可沿Y轴方向作直线运动；所述数控系统12通过光缆连接所述减材加工模块和所述增材制造模块，并对其进行控制。在所述减材加工模块中，刀库4与所述数控系统12相连，通过刀具夹持与超声振动机构5实现从刀库自动取/放刀具为主轴自动安装/卸载刀具；刀具夹持与超声振动机构5受到所述数控系统12控制，采用机械手换刀方式进行换刀。在所述增材制造模块中，激光器11和送粉器10分别通过光纤9和送分管与激光头6相连，并且受到数控系统12的控制；所述激光头6通过激光头夹持机构实现在主轴3上自动安装/卸载；激光喷嘴7和所述激光头6通过螺纹连接；采用同轴送粉方式进行增材制造。
[0015]本机床的工作原理如下:首先根据实际零部件结构要求进行增材制造，通过数控系统12控制激光头夹持机构8在主轴3上自动安装激光头11，而后通过数控系统12控制送粉器10输送粉末,控制激光器11输出激光经过光纤9传输至激光头6,激光头6输出的激光和送粉器10输出的粉末在工作台2相互作用，结合主轴3的运动，在工作台2上成形所需零部件基础结构，增材制造结束后通过数控系统12控制激光头夹持机构8在主轴3上自动卸下激光头11。下一步进行减材加工，首先通过数控系统12控制刀具夹持与超声振动机构5在主轴3上自动安装所需刀具，通过工作台2和主轴3的联合运动在工作台2上按照最终零部件精度要求对增材制造获得的基础结构进行减材加工，加工过程中通过冷却气体喷嘴13对加工区进行冷却。加工结束后，通过数控系统12控制刀具夹持与超声振动机构5在主轴3上自动卸下刀具放回刀库4，完成整个增减材复合制造过程。
[0016]以上所述实例仅为本发明的一种【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种增减材复合制造机床，其特征在于，该增减材复合制造机床包含床身、工作台、主轴、数控系统、减材加工模块和增材制造模块；工作台位于所述床身中间，主轴位于所述工作台正上方，减材加工模块和增材制造模块分别位于床身两侧，与所述数控系统连接；所述的减材加工模块包括刀库和刀具夹持与超声振动机构，与数控系统连接；通过数控系统控制刀具夹持与超声振动机构，实现从刀库自动取/放刀具为主轴自动安装/卸载刀具； 所述的增材制造模块包括激光头、喷嘴、激光头夹持机构、光纤、送粉器、激光器和冷却气体喷嘴，所述的喷嘴为同轴送粉喷嘴；送粉器连接到激光头，激光头再通过光纤与激光器连接，激光器和送粉器与所述数控系统连接；喷嘴安装在所述激光头上，激光头夹持机构安装在床身一侧，与数控系统连接，冷却气体喷嘴安装在所述床身上，通过冷却气对加工过程进行冷却；所述激光头通过数控系统控制激光头夹持机构，实现在主轴上自动安装/卸载。
【文档编号】B23P23/04GK104384936SQ201410479453
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年9月18日 优先权日:2014年9月18日
【发明者】张璧, 马广义, 吴东江 申请人:大连理工大学